Ảnh minh hoạ.
Lý do quang điện sẽ có vai trò ngày càng lớn trong thị trường năng lượng sạch tương lai:
Trang tin điện mặt trời trực tuyến châu Âu pveurope.eu (PVE) cho biết: Khí hậu biến đổi ngày càng trầm trọng khiến áp lực từ xã hội ngày càng tăng, yêu cầu chính trị phải làm nhiều hơn, còn mỗi người cũng cần nâng cao nhận thức hành động để cứu trái đất, và xa hơn tự cứu bản thân, gia đình. Quang điện (photovoltaics), hay điện mặt trời (Solar power) là sự chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện, một thành phần quan trọng của quá trình chuyển đổi năng lượng nhằm sớm thoát khỏi năng lượng hóa thạch.
Ngày nay, quang điện đã đóng góp một phần đáng kể vào hỗn hợp năng lượng. Ví dụ, tính đến cuối năm 2020, các mô-đun PV với tổng công suất danh định là 54 GW đã được lắp đặt và phân phối trên hai triệu hệ thống ở Đức. Vào năm 2020, Đức tạo ra sản lượng điện mặt trời 50,6 TWh, chiếm 9,6% tổng lượng điện tiêu thụ tại quốc gia này. Vào những ngày nắng, PV điện thực tế có lúc đáp ứng được 2/3 lượng điện tiêu thụ. Nhờ giá mô-đun giảm nhanh, các hệ thống megawatt quy mô lớn mới tạo ra điện với giá 3 - 5,5 cent (750 - 1.360 VNĐ)/kWh, trong khi các hệ thống nhỏ trên mái nhà có phần đắt hơn, ở mức 6 - 11 cent (1.500 - 2.730 VNĐ)/kWh, nhưng nhìn chung, điện mặt trời đã bắt dầu rẻ hơn so với điện từ các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch.
Sự phát triển này có thể sẽ tiếp tục trong dài hạn, mặc dù giá mô-đun gần đây đã tăng do tắc nghẽn chuỗi cung ứng sau đại dịch Covid-19. Nguồn năng lượng tái tạo này ngày càng trở nên quan trọng khi mục tiêu Net Zero đang đến gần, khủng hoảng năng lượng chưa có dấu hiệu tích cực và cuộc chiến tại Ukraine vẫn chưa có dấu hiệu lạc quan.
Năm xu hướng định hình ngành năng lượng mặt trời trong tương lai:
Xu hướng thứ nhất: Các dự án năng lượng mặt trời ngày càng có quy mô lớn:
Do chi phí phát điện thấp, nên các nhà máy quy mô lớn có lợi thế về giá. Nhìn vào trường hợp của Áo ta thấy rõ lợi thế này. Quy mô lớn không chỉ có tính kinh tế cao mà nó còn mang lại nhiều lợi ích khác, kể cả môi trường lẫn lợi ích tạo thêm công ăn việc làm. Vì vậy, Áo đang tiếp tục thực hiện mục tiêu mở rộng các nhà máy hiện có và hướng tới xây dựng các công viên solar PV lớn.
Chẳng hạn như công viên ở Schönkirchen-Reyersdorf phía đông bắc của Vienna. Đây là nhà máy quang điện không gian mở lớn nhất của Áo đã đi vào hoạt động từ năm 2020. Dự án sử dụng 34.600 mô-đun trên diện tích 13,3 ha, tương ứng với khoảng 18 sân bóng đá. Chúng tạo ra 11,5 MW và sản xuất gần 11 GWh điện mỗi năm, tương ứng với mức tiêu thụ của 3.400 hộ gia đình.
Dự án Saemangeum ở Hàn Quốc còn lớn hơn, với ba công viên PV công suất cao nhất là 99 MW mỗi nhà máy. Hiện tại, công viên năng lượng mặt trời Bhadla ở Ấn Độ đứng đầu danh sách với 2.245 MW và diện tích chiếm 57 km2, tương đương với khoảng 8.000 sân bóng đá.
Ở Việt Nam có một số nhà máy điện mặt trời (ĐMT) với quy mô lớn như: Nhà máy ĐMT Xuân Thiện Ea Sup 600 MW (Đak Lak), Cụm nhà máy ĐMT Dầu Tiếng 1,2,3 tổng công suất 600 MW (Tây Ninh) và ĐMT Trungnam - Thuận Nam 450 MW…
Xu hướng thứ hai: Khả năng đối phó, phục hồi của các dự án PV:
Trận lũ lụt ở miền Tây nước Đức vào giữa tháng 7 có lẽ là một dự báo trước: Các chuyên gia khí hậu dự đoán các hiện tượng thời tiết cực đoan sẽ trở nên thường xuyên hơn trong tương lai. Điều này có ý nghĩa đối với việc xây dựng và bảo trì hệ thống PV. Bức xạ UV có thể tăng lên, cũng như tốc độ gió và lượng mưa đá cũng sẽ mạnh hơn. Các mô-đun phải có khả năng đối phó cao. Nếu một nhà máy bị phá hủy, nó cần được xây dựng lại càng nhanh càng tốt. Điều này đòi hỏi dịch vụ hậu cần phải có tính ứng phó nhanh, trong vòng vài ngày, nếu không nói là vài giờ. Điều tương tự với các thảm họa thiên nhiên như động đất, núi lửa phun trào hay sóng thần.
Ví dụ trong đại dịch Covid-19, nhiều chuỗi cung ứng sụp đổ nhưng việc phục hồi sau đó rất quan trọng. Ngành công nghiệp PV hiện đang gặp khó khăn trong việc cung cấp các mô-đun, cũng như các phụ kiện (như giá đỡ, hoặc các linh kiện điện tử cho bộ biến tần). Để đối phó, các công ty cần có chuỗi cung ứng linh hoạt, còn các thủ tục hải quan cũng cần cải tiến nhanh hơn, hiệu quả hơn.
Xu hướng thứ ba: Nâng cao hiệu quả từ khâu sản xuất đến lắp đặt và tái chế:
Xu hướng này không đề cập đến hiệu quả của các mô-đun PV, vốn đã tăng lên trong nhiều thập kỷ và trong tương lai sẽ tiếp tục đạt những kỷ lục mới. Thay vào đó là đề cập về hiệu quả trong sản xuất, lắp đặt và tái chế mô-đun.
Đối với các mô-đun PV đơn tinh thể, lượng khí thải CO2 từ 35 đến 57 gam mỗi kWh, được tạo ra chủ yếu trong quá trình sản xuất. Giá trị này thấp hơn nhiều so với các nhà sản xuất năng lượng hóa thạch và đang liên tục giảm, cũng bởi vì năng lượng mặt trời làm cho hỗn hợp năng lượng sạch hơn, do đó làm giảm lượng khí thải trong quá trình sản xuất. Ngoài ra, có nghĩa vụ mua lại đối với các mô-đun năng lượng mặt trời để tái chế thu hồi vật liệu quý như khung nhôm, kính…
Có nhiều khả năng tiết kiệm trong quá trình lắp đặt, đặc biệt là trong các hệ thống lớn. Ở đó, hàng nghìn mô-đun giống nhau luôn được cài đặt trong cùng một khoảng thời gian - có nghĩa là người lắp đặt có thể sử dụng cáp được lắp ráp sẵn có chiều dài phù hợp, khi lắp sẽ đơn giản, nhanh hơn. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và loại bỏ các khuyết tật khi lắp ráp thủ công trên công trường.
Xu hướng thứ tư: Nâng cấp lưới điện và bộ lưu trữ để đón đường năng lượng tái tạo:
Ví dụ tại Đức, khi mặt trời chiếu sáng, quang điện đảm nhận tới 2/3 lượng điện tiêu thụ hiện của cả nước hiện nay. Khi thời tiết xấu, các máy phát điện tái tạo khác, chẳng hạn như năng lượng gió, phải cung cấp, hoặc các đơn vị lưu trữ phải vào cuộc. Có hàng chục cách để làm điều này, từ lưu trữ trong pin xe điện đến lưu trữ bơm cơ học và hy vọng lớn sẽ là hyđro. Bởi vì điều này sẽ làm cho hệ thống năng lượng phi tập trung hơn, nên phải được mở rộng và thông minh hơn. Nâng cấp lưới điện và bộ lưu trữ là những công việc vô cùng quan trọng để giúp năng lượng tái tạo phát triển ổn định, lâu dài trong tương lai.
Xu hướng thứ năm: Hệ thống điện mặt trời ngày càng đa dạng, phong phú hơn:
Điện mặt trời hiện đã có mặt ở mọi nơi, từ áp mái cho đến cánh đồng nông điện, hoặc trên đường cao tốc… Rất đa dạng và gần đây, đã xuất hiện thêm một số lựa chọn khác khả thi và tiện lợi như:
1/ PV tích hợp mặt tiền: Như trên tường, cửa sổ, mái ngói, các tế bào năng lượng mặt trời có thể được tích hợp trực tiếp lên các vị trí này.
2/ Nông điện: Ở Đức có gần 17 triệu ha đất nông nghiệp có thể sử dụng được cho các hệ thống PV. Nó không chỉ tạo ra điện sạch mà còn giúp bảo tồn đất màu mỡ, giữ nước, tạo ra các thảm cỏ để chăn nuôi động vật.
3/ PV trên đường phố: Ở đây, các mô-đun có thể được tích hợp vào các hàng rào cản tiếng ồn hoặc như bề mặt trên lòng đường. Trên các tuyến đường sắt, các mô-đun có thể được đặt trên tà vẹt giữa các đường ray. Các thử nghiệm trong lĩnh vực này hiện đang được thực hiện tại nhiều quốc gia và cho thấy có tính khả thi cao, tuy nhiên lại gặp rào cản về sự chấp thuận của các cơ quan quản lý các công trình này.
4/ PV nổi: Điện mặt trời nổi hay quang điện nổi (FPV) là hệ thống năng lượng lắp trên một cấu trúc nổi trên bề mặt nước. Bằng sáng chế đầu tiên cho loại công nghệ này được đăng ký vào năm 2008. Kể từ đó, năng lượng mặt trời nổi đã được lắp đặt ở nhiều nơi trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam. Năm 2022, một công viên năng lượng mặt trời nổi đã được xây dựng trên đảo Batam của Indonesia, có công suất 2.200 MW và bao phủ khoảng 16 km2 trên hồ chứa Duriangkang.
Ở Việt Nam, nhà máy điện mặt trời nổi đầu tiên trên hồ Đa Mi-Bình Thuận 47,5 MWp được hoàn thành vào năm 2019. Năm 2020 có 3 dự án điện mặt trời nổi khác đã vào vận hành là Hồ Gia Hoét (35 MWp), Hồ Tầm Bó 35 MWp (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu) và Đầm Trà Ổ (50 MWp), tại tỉnh Bình Định.
