Điện mặt trời – Nguồn năng lượng sạch đóng góp vào cân bằng năng lượng quốc gia

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng của Việt Nam ngày một gia tăng, khả năng cung cấp các nguồn năng lượng nội địa hạn chế (trữ lượng dầu/khí/than đang dần cạn kiệt) trong khi tiềm năng nguồn Năng lượng tái tạo của Việt Nam rất lớn kèm theo nhu cầu sử dụng điện cho sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác nguồn Năng lượng tái tạo (NLTT) sẵn có cho sản xuất điện là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế và môi trường.

Trong các năm gần đây, các công nghệ NLTT, trong đó công nghệ Năng lượng mặt trời (NLMT) có tốc độ tăng trưởng cao và liên tục dẫn đến chi phí lắp đặt hệ thống NLMT ngày càng giảm.

Theo Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Tổng sơ đồ phát triển điện 7 hiệu chỉnh). Kế hoạch và mục tiêu cho điện mặt trời quyết định này đã nêu rõ: Đưa tổng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 850MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khaongr 12/000 MW vào năm 2030; Điện năng sản xuất từ nguồn điện mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020, khoảng 1,6% vào năm 2025 và khoảng 3,3% vào năm 2030.

Việc phát triển Năng lượng tái tạo nói chung và Năng lượng mặt trời nói riêng là định hướng phát triển chung của Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Tổng Công ty Phát điện 3 trong thời gian tới.

Hiện nay, công nghệ NLMT phục vụ cho sản xuất điện được phân chia thành 2 loại: (1) Công nghệ quang điện (Solar Photovoltaic, PV); (2) Công nghệ NLMT hội tụ (Concentrating Solar Thermal Power, CSP) hay công nghệ nhiệt điện mặt trời.

 

Thiết bị thu và chuyển đổi NLMT là các mô đun pin mặt trời (PMT), nó biến đổi trực tiếp NLMT thành điện năng (dòng một chiều, DC). Nhờ các bộ biến đổi điện (Inverter) dòng điện DC được chuyển thành dòng xoay chiều, AC. Dàn PMT gồm nhiều mô đun PMT ghép nối lại, có thể có công suất từ vài chục W đến vài chục MW. Hệ nguồn này có cấu trúc đơn giản, hoạt động tin cậy và lâu dài, công việc vận hành và bảo trì bảo dưỡng cũng đơn giản và chi phí rất thấp.

Hiện tại, công nghệ tinh thể bán dẫn silicon – crystalline silicon (c-Si) và công nghệ màng mỏng thin-film (TF) chiếm đa số trên thị trường PV. Công nghệ c-Si PV sử dụng vật liệu silicon có độ tinh khiết cao được dùng làm tế bào quang điện. Công nghệ TF gồm các màng mỏng bằng vật liệu bán dẫn phủ bên ngoài các chất nền rẻ tiền, kích thước lớn như thủy tinh, polymer hoặc kim loại. Trong đó, công nghệ c-Si lâu đời hơn và hiện là công nghệ chiếm 85-90% thị phần.

Tấm pin chất liệu Crystalline silicon (c-Si) là dạng sử dụng phổ biến nhất hiện nay do đặc tính ổn định của c- Si cho hiệu suất trong khoảng 15-25% tùy theo công nghệ lắp đặt, nhưng nhìn chung là đáng tin cậy. Tuy nhiên, c-Si là chất hấp thụ ánh sáng kém, khá dày và cứng – một yếu điểm trong thời đại khi mà công nghệ đều hướng tới sự siêu nhỏ như hiện nay.

Một tế bào c-Si đơn bao gồm 7 lớp chính. Một chất kết dính trong suốt giữ mặt kính bảo vệ quanh lớp phủ chống phản xạ để đảm bảo tất cả bộ lọc ánh sáng đều đi qua các lớp tinh thể Silicon. Tương tự như công nghệ bán dẫn, lớp N đặt trên lớp P và toàn bộ được giữ với nhau qua hai điểm điện: Điểm cực dương bên trên và điểm cực âm phía dưới.

Hai dạng c- Si thường dùng là: mono và Multi – crystalline silicon. Từ một tinh thể đơn Si có độ tinh khiết cao, monocrystalline silicon có tấm kính 150 mm đường kính, dày 200mm. Mặc dù, Si đơn thể được ưa chuộng nhưng Si đa thể lại được ứng dụng nhiều hơn. Một tế bào c-Si phát ra khoảng 0.5V và nhiều tế bào kết chuỗi để tăng điện áp đầu ra.

Thin-film solar cells đơn giản được phân làm 04 dạng dựa trên loại vật liệu sử dụng: amorphous silicon (a-Si) and thin-film silicon (TF-Si); cadmium telluride (CdTe); copper indium gallium DE selenide (CIS or CIGS); and dye-sensitized solar cell (DSC) plus other organic materials

Không khác nhiều so với thành phần c- Si, các tế bào năng lượng mặt trời dạng màng mỏng cấu thành từ 06 lớp. Trong đó, một lớp phủ trong suốt bao bọc lớp chống phản xạ  Sau đó là lớp P- N, kế tiếp là lớp tiếp xúc và chất nền. Nguyên tắc hoạt động của nó giống như của tế bào c-Si.

Tế bào quang điện màng mỏng có cấu trúc không khác nhiều so với tế bào c-Si và vẫn hoạt động dựa trên nguyên lí quang điện. Điểm khác biệt duy nhất giữa tế bào năng lượng mặt trời màng mỏng và c- Si là độ mỏng và sự linh động trong việc ghép cặp của các lớp và chất liệu quang điện: cả cadmium telluride (CdTe) hoặc copper indium gallium deselenide (CIGS) thay vì chỉ là silicon.

Tế bào c-Si là có hiệu suất cao vào khoảng 12 – 24.2%, độ ổn định cao, chế tạo dễ và độ tin cậy cao. Tuổi thọ kéo dài, có thể chịu được các điều kiện khác nghiệt, có khả năng chịu nhiệt và chi phí lắp đặt thấp. Hơn thế nữa, silicon thân thiện với môi trường và có thể tái chế. Tuy nhiên, tế bào quang điện c- Si có chi phí lắp đặt ban đầu cao. Bên cạnh đó, c- Si có hệ số hấp thụ thấp và cứng và khá dễ vỡ.

Trong khi đó, tế bào quang điện màng mỏng ít tốn kém hơn cả những tế bào c-Si đã cũ, cấu tạo mỏng, linh hoạt dễ dàng xử lí và ít hư hao hơn tế bào silicon. Yếu điểm chính của tế bào quang điện màng mỏng là hiệu quả thấp, cấu trúc phức tạp hơn. Đối với những phiên bản linh hoạt thì cần phải có kĩ năng lắp đặt đặc biệt.

Các bộ thu NLMT là các bộ hội tụ (như máng gương parabon, bộ hội tụ Fresnel, tháp hội tụ sử dụng các gương phẳng…). Quá trình chuyển đổi NL thực hiện qua 2 bước. Đầu tiên, NLMT được hội tụ để tạo ra nguồn NL có mật độ và nhiệt độ rất cao. Sau đó nguồn NL này làm hóa hơi nước (hoặc dầu) ở áp suất và nhiệt độ cao để cấp cho tuốc bin của máy phát điện để sản xuất điện. Ở một số nhà máy CSP ở các nước Trung Đông và Tây Ban Nha còn kết hợp để sản xuất điện và nước sạch từ nước biển nhờ ngưng tụ hơi nước. Thực tế cho thấy công nghệ này có hiệu suất chuyển đổi khá cao, khoảng 25%, nhưng nó chỉ có hiệu quả ở các khu vực có mật độ NLMT cao hơn 5,5 kWh/m2.ngày và công suất nhà máy không nhỏ hơn 5 MW. Ngoài ra, cần có thêm thiết bị điều khiển các bộ thu luôn dõi theo chuyển động của mặt trời. Chi phí lắp đặt ban đầu khá cao.

Giá PV module trong tháng 12 trên thế giới có chiều hướng giảm. Cụ thể, giá modules có nguồn gốc từ Đài Loan và Đông Nam Á giảm 2.4%, Châu Âu giảm 2%, Nhật và Hàn Quốc giảm 1.7% so với giá của tháng 11.Chỉ riêng Trung Quốc, do nhu cầu sử dụng năng lượng cao, giá module tăng 2% so với tháng trước.

Trung Quốc đang là thị trường năng lượng mặt trời lớn nhất trong năm 2016. Theo thống kê của Cơ quan năng lượng Quốc gia Trung Quốc công bố thì tính tới cuối năm 2016, tổng mức lắp đặt đã lên tới con số 77.42 GW. Tính riêng trong năm 2016 là 34.54 GW tăng gấp đôi so với 15.13 GW trong năm 2015.

Tại Mỹ, công suất lắp đặt tăng thêm trong 2016 là 14GW, năm 2015 là 7.3 GW. Nhật Bản xếp hạng 3 với tổng công suất lắp đặt thêm là 8.6 GW theo sau là Ấn độ với 4.5 GW.

Theo Hiệp hội năng lượng mặt trời Châu Âu, trong năm 2016 tổng công suất lắp đặt của các nước trong khu vực EU vào khoảng 6.9 GW – giảm 20% so với năm 2015 là 8.6 GW. Châu Âu đang mất dần vị trí đứng đầu cho Trung Quốc cả về sức sản xuất lẫn công suất lắp đặt.

Theo Cơ quan Năng lượng tái tạo Quốc tế, giá thành sản xuất tấm Pin mặt trời đã giảm sâu từ khoảng 250 USD/MWh năm 2010 xuống còn khoảng 50 USD/MWh năm 2016.

 

Hiện nay, với lợi thế về chi phí nhân công và nguyên vật liệu, Trung Quốc là quốc gia có nhiều nhà sản xuất, cung cấp Pin mặt trời thuộc Top 10 thế giới năm 2016. Theo đó, top 10 nhà cung cấp này nắm giữ 50% thị trường thế giới.

Xếp hạng Nhà cung cấp Quốc gia – Năm thành lập

01                   Jinko Solar          Trung Quốc – 2006

02                    Trina Solar          Trung Quốc – 1997

03                 Canadian Solar  Trung Quốc – 2001

04                 Hanwha Q-CELLS  Hàn Quốc – 2012

05                  JA Solar          Trung Quốc – 2005

06                     GCL                  Trung Quốc – 1996

07                   First Solar          Mỹ         –       1999

08                    Yingli Green  Trung Quốc – 1998

09                   Talesun         Trung Quốc – 2010

Nhà máy Sản xuật Pin mặt trời đầu tiên được đầu tư ở Việt Nam xây dựng tại huyện Đức Hòa, tỉnh Long An, có thể cung cấp các tấm pin năng lượng mặt trời, mỗi tấm công suất 80-165 Wp điện với hiệu suất 16%. Nhà máy có thể cung cấp lượng sản phẩm 5 MWp/năm, khởi công vào tháng 3/2008 với kinh phí đầu tư 10 triệu USD do Công ty cổ phần năng lượng Mặt Trời Đỏ TP HCM với hai đối tác là Trung Tâm tiết kiệm năng lượng TP HCM (thuộc Sở Khoa học công nghệ TP HCM) và Công ty TNHH Tân Kỷ Nguyên, khánh thành ngày 27/4/2009.

Nhà máy sản xuất pin năng lượng mặt trời Trina Solar (Việt Nam): Tổng sản lượng thiết kế đạt 1GW, Chủ đầu tư là Công ty TNHH Trina Solar (VietNam) Science & Technology (công ty với 100% vốn đầu tư của tập đoàn Trinasolar Trung Quốc), tổng số vốn đầu tư 100 triệu USD, diện tích nhà xưởng 42.000 mét vuông, 14 dây chuyền sản xuất hiện đại, sản xuất nhiều loại pin đơn tinh thể và đa tinh thể, xuất khẩu đến khắp các châu lục trên thế giới. Khánh thành chính thức đi vào hoạt động ngày 06/01/2017. Hiện nay, trên địa bàn tỉnh Bắc Giang đang hình thành chuỗi sản xuất và lắp ráp tấm pin năng lượng mặt trời với 8 dự án đã được cấp phép.

Dự án Nhà máy sản xuất pin năng lượng mặt trời của Công ty TNHH JA Solar Việt Nam: với tổng vốn đầu tư hơn 1 tỷ USD, quy mô nhà xưởng 88ha khởi công ngày 27/11/2016 tại Khu Công nghiệp huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang.

Dự án First Solar có vốn đầu tư đăng ký 1,2 tỷ USD tại KCN Đông Nam là nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời theo công nghệ hiện đại màng mỏng đầu tiên được xây dựng tại Việt Nam. Dự án được cấp giấy chứng nhận đầu tư vào tháng 1/2011 và được khởi công vào tháng 3/2011. Tuy nhiên, sau khi khởi công được 8 tháng, chủ đầu tư đã công bố tạm dừng thực hiện Dự án, do sự mất cân bằng cung – cầu về sản phẩm pin năng lượng mặt trời trên thị trường toàn cầu. Hiện tại TP HCM đang kêu gọi các Nhà đầu tư khác tiếp tục đầu tư và dự án này.

Tổ hợp nhà máy sản xuất thiết bị năng lượng tái tạo công nghệ cao IREX do công ty Cổ phần Năng lượng IREX (một thành viên của công ty Cổ phần phát triển Năng lượng mặt trời Bách Khoa – SolarBK) đầu tư, nhà máy sản xuất tấm pin quang điện công suất 300 MW/năm, nhà máy sản xuất tế bào quang điện công suất 500 MW/năm, được thực hiện theo 3 giai đoạn, dự kiến đến tháng 6-2017 giai đoạn 1 sẽ hoàn thiện và đi vào hoạt động. Dự án đánh dấu sự kiện một công ty Việt Nam do người Việt Nam sáng lập vẫn có đủ năng lực và tầm vóc để sánh vai với thế giới trong việc sản xuất pin năng lượng mặt trời và các giải pháp năng lượng sạch phục vụ đời sống.

Sự phát triển công nghệ NLMT đã tạo ra một ngành công nghiệp mới gọi là công nghiệp NLMT, tạo ra hàng triệu công ăn việc làm góp phần phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường và tăng cường an ninh năng lượng ở nhiều quốc gia trên thế giới.

Một nguyên nhân quan trọng khác của sự phát triển mạnh mẽ của NLMT nói riêng và NLTT nói chung là sự quan tâm của các chính phủ trong việc xây dựng, ban hành và thực hiện các chính sách phù hợp. Xu thế của phát triển NLTT trên toàn cầu đang chuyển dần sang phát triển các công nghệ NLMT, trong đó công nghệ điện PMT có vai trò quan trọng nhất. Do có tính cạnh tranh cao nên đến nay mặc dù một số nước đã giảm hay thậm chí bỏ hẳn các chính sách hỗ trợ NLMT nhưng công nghệ này vẫn không ngừng phát triển.

Việt Nam được đánh giá là có nguồn tài nguyên NLMT vào loại tốt trên thế giới. Nguồn NL sạch và tiềm năng lớn này hoàn toàn có thể tham gia đóng góp vào cân bằng NL quốc gia. Hiện tại Tông Công ty Phát điện 3 đang tích cực triển khai nghiên cứu phát triển các dự án điện mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và trên các lòng hồ thủy điện khu vực Tây Nguyên để đóng góp một phần vào nguồn năng lượng sạch cho đất nước, giảm thiểu tác động môi trường so với các dự án nguồn điện sử dụng nhiên liệu không tái tạo trước đây.