Ứng dụng sinh lực mặt trời ở quy mô quan trọng nhất hiện tại và có thể cả về sau vẫn là sự chuyển giao điện năng.
Hướng tới xu hướng xây dựng nhà máy điện mặt trời trên mặt nước
>> Nhà máy sinh lực Mặt Trời nổi quan trọng nhất thế giới
Về mặt công nghệ, hiện nay chỉ tiến triển rộng rãi hai loại: Công nghệ quang điện SPV (Solar Photovoltaic) và Công nghệ hội tụ sinh lực mặt trời CSP (concentrated solar power).
Riêng trong công nghệ SPV, sinh lực công luận mặt trời được biến thành điện năng bởi các thành viên quang điện (hay các pin mặt trời nhỏ bé). Các pin nhỏ này nối lại thành tấm pin mặt trời lớn và các tấm pin này lại ghép với nhau thành mô-đun hay dãy trước khi đưa lên lưới điện và chuyển đến người áp dụng.
Ánh sáng mặt trời là nguồn sinh lực vô tận và “không mất tiền mua”, vậy mà từ bao nhiêu năm nay ngành nền công nghiệp điện mặt trời chỉ được tiến triển một cách chậm chạp và dè dặt, đặc biệt trong lĩnh vực áp dụng công nghệ quang điện SPV.
Chỉ trong những năm vừa qua nền điện năng mặt trời loại này như được khởi sắc bởi sự chắp cánh của xu hướng sản xuất ngay trên mặt nước của sông hồ và cả trên mặt biển.
Sáng kiến mở đầu từ Israel
Sự hạn chế lớn của việc khai thác sinh lực công luận mặt trời để chuyển sang điện năng dùng công nghệ SPV gây ra bởi hai trở ngại chính. Trước hết, chất có tính bán dẫn Silicon là vật liệu tốt nhất nhưng cũng khá đắt đỏ trong công nghệ CSP. Thứ hai là yêu cầu lớn về diện tích đất để đặt các tấm thu công luận mặt trời trong lúc việc mua hay thuê đất bằng phẳng cũng là trở ngại lớn khiến giá thành của điện mặt trời bị đẩy lên khá cao.
Trong những nước đi tiên phong trong việc xây dựng và thí điểm công nghệ nhằm vượt lên các trở ngại trên phải nói đến Israel, đặc thù là hãng Solaris Synergy. Chính hãng Solaris Synergy đã giải quyết cả 2 vấn đề trở ngại nói trên, đạt được những hiệu quả đáng kinh ngạc và, nhờ vậy, đã đạt được vị trí đầu tiên trong cuộc thi suy nghĩ tại Đại học Tel Aviv vào tháng mười một năm 2011.
Cụ thể, các kết quả nghiên cứu đạt được của Solaris Synergy như sau. Để giảm chi phí áp dụng các tấm silicon lớn, cần chia nhỏ chúng rồi cho “nổi trên mặt nước như món đồ chơi Lego” và “được bao phủ bởi một tấm phim tráng gương có hình cong, có thể thu công luận thành một đường mỏng… “ và, như vậy, “bề mặt của máy móc giảm chỉ cần 5% lượng silicon, do đó giảm được chi phí đắt đỏ của loại vật liệu này”.
Để giảm đắt đỏ diện tích đất, hãng Solaris Synergy đã đưa máy móc thu và biến đổi công luận mặt trời thành dòng điện cho nổ tungi trên mặt nước sạch, nước biển hoặc nước thải. Và hệ máy móc này được nâng bởi một tổ chức được kết nối từ các phần nhỏ chế biến từ sợi thủy tinh và chất dẻo siêu nhẹ có thể nổi được trên mặt nước. Ngoài ra, có thể kể thêm một lợi ích kèm theo: tấm pin mặt trời trên mặt nước này còn đưa lại lợi ích khác vì nó giảm đáng kể sự hoá hơi, ngăn chặn sự tiến triển của tảo và các cơ thể sống hữu cơ trong môi trường nước.
Và để cho tia sáng mặt trời luôn hội tụ trong các tấm silicon, tấm lưới nâng được xoay từ từ theo sự di chuyển của mặt trời trong ngày nhờ một động cơ nhỏ điều khiển từ xa qua ăng-ten…
Phát minh trên của hãng Solaris Synergy có quan niệma lớn và được ứng dụng ngày càng rộng rãi trên thế giới, trước hết phải nói đến các dân tộc Anh, Úc, Cộng hoà Ấn Độ và Ý. Và tiêu biểu là hai nhà máy điện mặt trời ở hai nước Australia và Nhật Bản.
Australia: Nhà máy điện SPV nổi đầu tiên
Nhà máy điện mặt trời áp dụng công nghệ quang điện SPV nổi trên nước đầu tiên với những tính năng ưu việt của nó đã được xây dựng và sắp hoàn thành, dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động ngay đầu tháng 4/2015 sắp tới.
Nhà máy này nổi trên một mặt hồ của cơ sở xử lý nước thải ở thị trấn Jamestown thuộc bang Nam Australia. Nhà máy được thiết kế để đa số công trình kiến trúc được thực hiện ở bên ngoài, rồi ráp lại với nhau giỏi hơn cơ sở xử lý nước thải.
Các tấm thu sinh lực mặt trời nổi sẽ được làm mát bởi phần nước phía dưới, do đó làm tăng hiệu quả hoạt động lên 57% so với các tấm thu sinh lực mặt trời trên cạn. Đồng thời các tấm này “cũng giúp ngăn chặn 90% nước bốc hơi từ bề mặt được che phủ phía dưới. Đối với những phân bang khô hạn hay những vùng có khí hậu khô, đây là một cách giải quyết tiết kiệm nước tuyệt vời…Nó cũng ngăn chặn tảo xanh tiến triển bằng cách giữ mát cho bề mặt nước, cải thiện phẩm chất nước qua xử lý” (theo lời bà Felicia Whiting thuộc Công ty Infratech Industries).
Nhà máy điện mặt trời nổi đầu tiên của Australia được xây dựng giỏi hơn một hồ nước của cơ sở xử lý nước thải. (Ảnh: ABC).
Công ty Infratech Infratech đã tiến triển các nhà máy điện mặt trời nổi ở nhiều dân tộc như Pháp và Hàn Quốc, nhưng đó cũng chỉ là những điểm thử nghiệm. Chính nhà máy sắp cho vào hoạt động ở Nam Australia mới là nhà máy được áp dụng mô hình mới được cải thiện, dự kiến sẽ sản xuất sinh lực không chỉ dành cho cơ sở xử lý nước thải hoạt động, mà còn cung cấp điện cho thị trấn Jamestown.
Có thể xem nhà máy ở Nam Australia này thực sự là nhà máy điện mặt trời nổi đầu tiên trên thế giới. Với nhà máy này, các người dạy khẳng định đây là mô hình nhà máy điện mặt trời ổn định, không tốn diện tích đất và là hình mẫu cho mọng nước trên thế giới.
Nhật: Dự án điện mặt trời nổi quan trọng nhất
Ngoài Australia, vừa qua, công nghệ pin sinh lực mặt trời lắp nằm trên mặt nước đã được quđảm bảo tiến triển tại Anh, Úc, Cộng hoà Ấn Độ và Ý.
Và đặc biệt ở Nhật Bản, một quốc gia khá hẹp về diện tích lãnh thổ bằng phẳng và không đủ diện tích để xây dựng các nhà máy điện mặt trời cỡ lớn. Nhưng bù cho, nước Nhật có tiềm năng về các hồ tích nước trong nông nghiệp, hồ kiểm soát lũ và, ngoài ra, toàn bộ quốc gia Phù Tang buộc vào bởi đại dương vô biên. Đó là tài sản có giá để đặt các tấm panô pin cho các nhà máy điện mặt trời kích cỡ khác nhau.
Nhìn lại quá trình tiến triển ở Nhật Bản, ông Nobuo Kitamura, thành viên hội đồng điều hành điều hành cấp cao của Kyocera, cho biết: từ năm 1970 nước này đã bắt đầu nghiên cứu và tiến triển sinh lực Mặt Trời, nhưng chủ yếu là ứng dụng với phạm vi yếu ớt như trong sự chuyển giao điện cho đèn đường, biển báo giao thông và trạm viễn thông ở khu vực miền núi. Bước tiếp theo là xây dựng một địa chỉ máy lớn hơn trên các dải đất ven biển như Kagoshima Nanatsujima.
Ảnh nhà máy điện mặt trời Kagoshima Nanatsujima hiện có của Nhật. (Ảnh: Kyocera).
Đặc biệt, kể từ năm 2011 khi xảy ra thảm họa động đất sóng thần với nhà máy điện hạt nhân ở Fukushima, Nhật Bản tập trung vào tiến triển các nguồn sinh lực tái sinh, trong đó có điện mặt trời với thiên hướng thiên về các nhà máy áp dụng công nghệ quang điện SPV và lắp nằm trên mặt nước.
Và vào tháng 9 năm qua, tập đoàn Kyocera đưa ra kế hoạch khởi công xây dựng nhà máy điện mặt trời nổi trên nước quan trọng nhất thế giới: phủ 11.000 tấm panô pin mặt trời lên hai khu vực mặt nước rộng ở tỉnh Hyogo. Hai trạm quang điện nổi này có dung lượng 2,9 MW, đủ để cung cấp điện sinh hoạt cho 920 hộ dân.
Đồng thời Kyocera cho xây dựng 30 nhà máy quang điện nổi trên biển vào năm 2015 để sản xuất khẩu 60 MW điện. Theo Kyocera, các panô nổi trên biển chạy ro ro hơn trên đại lục vì nước biển làm mát các tấm pin mặt trời khiến thành viên quang điện hoạt động hiệu quả hơn.
Hệ thống sinh lực mặt trời trên mặt nước quan trọng nhất sẽ được xây dựng trên đập Yamakura. Dự kiến kế hoạch sẽ hoàn thành vào tháng 3 năm 2016, khi đó hệ thống sẽ bao phủ 180.000 m2 nước, với 50.000 tấm pin sinh lực mặt trời và cung cấp điện cho khoảng 5.000 hộ tiêu thụ.
Với nhà máy điện mặt trời nổi đầu tiên sắp khánh thành trong tháng sau của Australia và hệ thống nhà máy quy mô hàng đầu thế giới của Nhật bản dự kiến khai mạc vào đầu năm tới, ngành điện mặt trời theo công nghệ SPV trên thế giới sẽ tiến lên một vị thế mới sánh vai với ngành này theo công nghệ hội tụ sinh lực mặt trời CSP sẽ trình bày trong phần giới thiệu kế tiếp Công nghệ hội tụ sinh lực mặt trời CSP (concentrated solar power).
