Điện mặt trời hay năng lượng mặt trời

Điện mặt trời áp mái ở Việt Nam

‘Cây’ điện mặt trời ở Styria, Áo

Điện mặt trời (tiếng Anh: solar power), cũng được gọi là quang điện hay quang năng (tiếng Anh: photovoltaics – PV) là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng nhờ pin mặt trời. Ngày nay, do nhu cầu năng lượng sạch ngày càng nhiều nên ngành sản xuất pin mặt trời phát triển cực kỳ nhanh chóng[1][2][3].

Sản lượng điện mặt trời tăng 48% mỗi năm kể từ 2002, nghĩa là cứ hai năm lại tăng gấp đôi và đã giúp ngành năng lượng này đạt tốc độ tăng trưởng cao nhất thế giới. Dữ liệu đến hết năm 2007 cho biết toàn thế giới đạt 12400 MW công suất quang điện[4] trong đó khoảng 90% hòa vào mạng lưới điện chung[5], còn lại được lắp trên tường hay mái của nhiều tòa nhà gọi là Điện mặt trời áp mái hoặc Hệ thống tích hơp điện mặt trời cho tòa nhà.[6].

Nhiều ưu đãi tài chính như chính sách trợ thuế đã giúp ngành điện mặt trời ở một số nước như Đức, Nhật, Israel, Hoa Kỳ, và Úc đã thúc đẩy ngành sản xuất phát triển nhanh chóng.

Điện mặt trời ở Việt Nam hiện đang được ưu đãi phát triển và có tăng trưởng nhanh.

Tổng quan

Tấm năng lượng mặt trời chuyển ánh sáng trực tiếp thành điện năng

Năng lượng bức xạ mặt trời bình quân, đơn vị watt/m². Các dấu chấm nhỏ thể hiện diện tích cần lắp pin mặt trời hiệu suất 8% để đủ năng lượng dùng cho toàn thế giới.

Bản đồ về tiềm năng năng lượng mặt trời ở châu Âu

Kỹ thuật điện mặt trời đơn giản là cách chuyển quang năng thành điện năng trực tiếp nhờ các tấm pin mặt trời ghép lại với nhau thành mô đun. Photon đập vào electron làm năng lượng của electron tăng lên và di chuyển tạo thành dòng điện.

Điện năng do pin mặt trời tạo để sử dụng hay để sạc pin. Thời kỳ đầu diện mặt trời chỉ được dùng cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyền nhưng ngày nay công dụng chính của nó là để cấp điện vào lưới điện chung nhờ bộ chuyển đổi từ dòng điện một chiều trong pin sang điện xoay chiều. Còn một phần nhỏ dùng cấp điện cho các ngôi nhà, trạm điện thoại, bộ điều khiển từ xa…

Tấm pin được đặt dưới một lớp gương nhằm ngăn những tác động từ môi trường. Để có lượng điện lớn hơn một mảnh pin riêng lẻ có thể tạo ra người ta gắn kết nhiều mảnh lại thành một tấm lớn là pin mặt trời. Một tấm pin riêng lẻ đủ cấp điện cho một trạm điện thoại công cộng, còn để đủ cấp cho một căn nhà hay một nhà máy điện thì phải cần nhiều tấm ghép lại thành dãy. Dù hiện giờ giá thành điện mặt trời hầu như vẫn cao hơn rất nhiều so với giá điện lưới nhưng ở một số nước như Nhật Bản hay Đức nhờ có ưu đãi về tài chính, thuế khóa mà sản lượng của ngành này đã có bước tiến vượt bậc do lượng cầu tăng.

The EPIA/Greenpeace Advanced Scenario dự báo đến năm 2030 ngành điện mặt trời toàn thế giới sẽ đạt công suất xấp xỉ 2600 TWh, nghĩa là đủ cung cấp cho 14% dân số địa cầu[7].

Sự phát triển hiện tại

Vấn đề trở ngại nhất hiện nay là chi phí cho nguyên liệu sản xuất và lắp đặt pin mặt trời còn quá cao so với các dạng điện năng khác.

Tổng lượng đã lắp đặt toàn thế giới

Ba nước đi đầu là Đức, Nhật Bản và Hoa Kỳ chiếm 89% sản lượng toàn thế giới, trong đó Đức có tốc độ phát triển nhanh nhất trong hai năm 2006 và 2007 và tạo ra hơn 10000 việc làm về sản xuất, kinh doanh và lắp đặt thiết bị của ngành này. Ở EU đến cuối năm 2006 có 88% sản lượng điện mặt trời hòa vào lưới điện chung, còn lại dùng trong các hệ thống riêng rẽ như nhà ở, nộng trại, trạm điện thoại…[1]

Produced, Installed & Total Photovoltaic Peak Power Capacity (MWp) as of the end of 2007
Quốc gia hay Lãnh thổ
Report Nat. Int.
không hòa
mạng điện
Δ
hòa
mạng điện
Δ
Lượng lắp
đặt 2007
không hòa
mạng điện
Σ
hòa
mạng điện
Σ
Total
2007
Wp/capita
Total
Module
Price
€/Wp
kW·h/kWp·yr
Insolation
Feed-in Tariff
EU¢/kW·h
 Thế giới 127.9 2,130 2,258 662.3 7,178 7,841 2.5–11.2 800–2,902 0–59.3
 Đức[8][9] 35 1,100 1,135 35 3,827 3,862 46.8 4.0–5.3 1,000–1,300[10] 51.8–56.8
 Nhật Bản[9][11] 1.562 208.8 210.4 90.15 1,829 1,919 15 2.96 1,200–1,600 Ended(2005)
 Hoa Kỳ[9][12] 55 151.5 206.5 325 505.5 830.5 2.8 2.98 900–2,150[10] 1.2–31.04(CA)
 Tây Ban Nha ?[9] 22 490 512 29.8 625.2 655 15.1 3.0–4.5 1,600–2,200 18.38–44.04
 Ý[9][13] 0.3 69.9 70.2 13.1 107.1 120.2 2.1 3.2–3.6 1,400–2,200 36.0–49.0
 Úc[9][14] 5.91 6.28 12.19 66.45 16.04 82.49 4.1 4.5–5.4 1,450–2,902[15] 0–26.4(SA’08)
 Hàn Quốc[9][16] 0 42.87 42.87 5.943 71.66 77.60 1.6 3.50–3.84 1,500–1,600 56.5–59.3
 Pháp[9][17] 0.993 30.31 31.30 22.55 52.68 75.23 1.2 3.2–5.1 1,100–2,000 30.0–55.0
 Hà Lan[9][18] 0.582 1.023 1.605 5.3 48 53.3 3.3 3.3–4.5 1,000–1,200 1.21–9.7
 Thụy Sĩ[9][19] 0.2 6.3 6.5 3.6 32.6 36.2 4.9 3.18–3.30 1,200–2,000 9.53–50.8
 Austria ?[9] 0.055 2.061 2.116 3.224 24.48 27.70 3.4 3.6–4.3 1,200–2,000 >0
 Canada[9][20] 3.888 1.403 5.291 22.86 2.911 25.78 0.8 3.76 900–1,750 0–29.48(ON)
 Mexico ?[9] 0.869 0.15 1.019 20.45 0.3 20.75 0.2 5.44–6.42 1,700–2,600 None
 United Kingdom[9][21] 0.16 3.65 3.81 1.47 16.62 18.09 0.3 3.67–5.72 900–1,300 0–11.74(exprt)
 Bồ Đào Nha ?[22] 0.2 14.25 14.45 2.841 15.03 17.87 1.7 1,600–2,200
 Norway[9][23] 0.32 0.004 0.324 7.86 0.132 7.992 1.7 11.2 800–950 None
 Thụy Điển[9][24] 0.271 1.121 1.392 4.566 1.676 6.242 0.7 3.24–7.02 900–1,050 None
 Denmark[9][25] 0.05 0.125 0.175 0.385 2.69 3.075 0.6 5.36–8.04 900–1,100 None
 Israel[9][26] 0.5 0 0.5 1.794 0.025 1.819 0.3 4.3 2,200–2,400 13.13–16.40

Ứng dụng

Trạm phát điện

Các tấm pin mặt trời đặt tại căn cứ không quân Nellis chỉ nhận ánh sáng theo một hướng

Trong năm 2008 tại Tây Ban Nha, một số nhà máy điện mặt trời cỡ lớn đã được xây dựng, như là các nhà máy: Parque Fotovoltaico Olmedilla de Alarcon (công suất: 60 MW), Parque Solar Merida/Don Alvaro (30 MW), Planta solar Fuente Álamo (26 MW), Planta fotovoltaica de Lucainena de las Torres (23.2 MW), Parque Fotovoltaico Abertura Solar (23.1 MW), Parque Solar Hoya de Los Vincentes (23 MW), Solarpark Calveron (21 MW), và Planta Solar La Magascona (20 MW)[27].

Nhà máy điện mặt trời Nellis, nằm trong căn cứ không quân Nellis ở Clark County, Nevada đông bắc Las Vegas, Hoa Kỳ có công suất lớn nhất toàn đại lục Bắc Mỹ là 14MW. Nó cấp khoảng 25% tổng lượng điện hàng năm căn cứ này sử dụng[28].

Nông trại điện mặt trời tại Việt Nam

Một trong những Solar Farm nổi bật tại Việt Nam đó chính là Farm tại Hồ Dầu Tiếng. Dự án này là sự hợp tác tài chính giữa công ty và Công ty B.Grimm Power Public Company của Thái Lan, với tổng vốn đầu tư hơn 9,1 nghìn tỷ đồng (384 triệu USD).

Dự án 504ha được biết với công suất thiết kế 420MW. Theo các nhà đầu tư dự án này có thể cung cấp khoảng 688 triệu Kwh mỗi năm cho lưới điện quốc gia. Tương đương với mức tiêu thụ hàng năm của gần 320.000 hộ gia đình tại Việt Nam.

Danh sách các nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới[27]
Tên nhà máy Quốc gia Công suất điện một chiều tối đa (MW) GW giờ
/năm
Capacity
factor
Diễn giải
Parque Fotovoltaico Olmedilla de Alarcon Tây Ban Nha 60 85 Hoàn thành tháng 09/2008
Parque Solar Merida/Don Alvaro Tây Ban Nha 30 Hoàn thành tháng 09/2008
Planta solar Fuente Álamo Tây Ban Nha 26 44 0.19
Planta fotovoltaica de Lucainena de las Torres Tây Ban Nha 23.2 Hoàn thành tháng 09/2008
Parque Fotovoltaico Abertura Solar Tây Ban Nha 23.1 47 0.23
Parque Solar Hoya de Los Vincentes Tây Ban Nha 23 41 0.20
Solarpark Calveron Tây Ban Nha 21.2 40 0.22
Huerta Solar Almaraz Tây Ban Nha 20 Hoàn thành tháng 09/2008
Planta solar fotovoltaico Calasparra Tây Ban Nha 20
Planta Solar La Magascona Tây Ban Nha 20 42 0.24
Beneixama photovoltaic power plant[29] Tây Ban Nha 20 30 0.17 Tenesol, Aleo and Solon solar modules with Q-Cells cells
SinAn photovoltaic power plant Hàn Quốc 19.6 27 0.16 Asia’s largest photovoltaic plant. Consists of 108,864 units of Conergy STM 180F solar modules.
Planta de energía solar Mahora Tây Ban Nha 15 Hoàn thành tháng 09/2008
Nellis Solar Power Plant Hoa Kỳ 14 30 0.24 Gồm 70,000 tấm pin
Planta Solar de Salamanca Tây Ban Nha 13.8 n.a. Gồm 70,000 tấm pin do hãng Kyocera chế tạo
Parque Solar Guadarranque Tây Ban Nha 13.6 20 0.17
Lobosillo Solar Park Tây Ban Nha 12.7 n.a. Tấm pin của các hãng Chaori và YingLi
Parque Solar Fotovoltaico Villafranca Tây Ban Nha 12 Sử dụng công nghệ Điện mặt trời cường độ cao
Erlasee Solar Park Đức 12 14 0.13 1,408 Solon mover
Serpa solar power plant[30] Bồ Đào Nha 11 20 0.21 52,000 solar modules
Pocking Solar Park Đức 10 11.5 0.13 57,912 solar modules