Năng lượng mặt trời - tương lai của nguồn năng lượng thay thế

Mặc dù khi đi qua bầu khí quyển bao quanh trái đất, bức xạ mặt trời bị phản xạ và bị bầu khí quyển hấp thụ, nhưng vẫn có khoảng 1,05 x 1018 kWh năng lượng mặt trời tới được bề mặt trái đất trong một năm, nghĩa là gấp nhiều lần năng lượng mà con người khai thác trên trái đất. Năng lượng mặt trời chiếu sáng trên bề mặt trái đất gấp 10 nghìn lần nhu cầu năng lượng hiện tại loài người đang cần: năng lượng mặt trời chiếu xuống trái đất bằng 3,8 triệu EJ/ năm, trong khi nhu cầu năng lượng loài người đang cần là 400 EJ/ năm.

Năng lượng mặt trời đã và đang được sử dụng trên quy mô lớn ở nhiều nước. Đây là một dạng năng lượng có công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, sức khỏe cộng đồng, góp phần xóa đói giảm nghèo đồng thời có lợi cho môi trường sống. Một kilowat điện mặt trời có khả năng giúp thế giới tránh được tối đa gần như một tấn đioxit cacbon. Như vậy có thể nói năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận, lại là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường.

Kể từ năm 1996 đến nay mức tăng trưởng hằng năm về thị trường năng lượng mặt trời là 30 – 40%. Dự đóan đến năm 2020, việc sử dụng các hệ thống pin mặt trời (PMT) ở các hộ dân cư sẽ vượt 6GW. Hệ thống PMT gồm các mođun mặt trời, bộ tích điện (acquy) và bộ nghịch lưu (chuyển điện một chiều thành xoay chiều). Thành phần cơ bản của môđun mặt trời, yếu tố quyết định hiệu suất và giá thành của nó là PMT (còn được gọi là bộ biến đổi quang điện). Các kiểu PMT hiện đang được sử dụng trong các môđun mặt trời được nêu trên hình 1.

Ứng dụng và tình hình sử dụng năng lượng mặt trời tại một số nước trên thế giới

Năng lượng mặt trời hiện được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và trong phục vụ nâng cao hạ tầng cơ sở nông thôn. Trong công nghiệp, năng lượng mặt trời được sử dụng ở nhiều quốc gia ở Châu Phi, châu Á và châu Âu trong các ngành sản xuất điện (kết nối điện lưới), viễn thông, dầu khí và một số ứng dụng đặc biệt khác. Các hệ thống kết nối điện lưới với mặt trời tạo ra một sản lượng điện năng đáng kể mà lại không gây tiếng ồn và không ô nhiễm. Các hệ thống này hoạt động song song với các lưới điện đã có, cho phép trao đổi điện tương hỗ với lưới và có các ứng dụng chính như sau:

Trong các ngành sản xuất điện : hệ thống kết nối điện lưới với mặt trời loại nhỏ dành cho gia đình khu dân dụng; hệ thống kết nối điện lưới với mặt trời loại vừa cho các nhà cao tầng, khu vực công nghiệp, thương mại và kết nối điện lưới với mặt trời loại lớn cho khu vực sản xuất và phân phối điện công cộng.

Đối với ngành Viễn thông: các hệ thống năng lượng mặt trời từ các trạm đầu cuối không dây đơn lẻ với tải 1kW tới các trạm lặp trên trục có tải 4kW. Đối với ngành khai thác dầu khí, hệ thống năng lượng mặt trời được thiết kế cho các thiết bị giám sát khoan từ xa, các phương tiện thông tin radio, thiết bị đo từ xa, các bơm chống mòn, thiết bị bảo vệ catot, loại đèn hướng dẫn trực thăng hạ cánh và báo hiệu hàng hải…

Đối với ngành hàng không: các hệ thống chiếu sáng đường băng và báo độ cao trên những tòa nhà cao tầng được điều khiển bằng các hệ thống điện mặt trời đáng tin cậy. Ngoài ra, các thiết bị tín hiệu đường sắt thay thế cho các loại đèn dầu, hay các bốt điện thoại, đèn đường, biển báo hiệu và các thiết bị tương tự đều là những ví dụ về ứng dụng pin mặt trời hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới.

Trong việc nâng cao cơ sở hạ tầng nông thôn, nguồn năng lượng mặt trời đang có nhiều ứng dụng thiết thực, đặc biệt là đối với các vùng sâu vùng xa. Có thể kể đến một số ứng dụng rộng rãi như nguồn thắp sáng và cấp nguồn (đèn cho các trường học và các trạm y tế), bảo quản lạnh vaxin, làm lạnh dân dụng, cấp nguồn cho các bệnh viện và trạm y tế, bơm nước từ các giếng khoan cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới tiêu, cấp nguồn cho các trạm vô tuyến nhỏ.

Ở Mỹ và châu Âu, các công ty và các học viện đang tăng cường phát triển phương pháp để tăng hiệu suất, tăng tính thực tế cho năng lượng mặt trời. Các cơ quan này đang tiến hành nghiên cứu, mở rộng phạm vi ứng dụng của thiết bị điện mặt trời, đặc biệt là xe dùng năng lượng mặt trời. Theo ước tính của đa số các nhà quan sát, mức tăng trưởng hàng năm của thị trường PMT ở Mỹ là khoảng 60% và có đến 2/3 công suất lắp đặt hiện nay được kết nối vào lưới điện và một nửa số công trình là do doanh nghiệp thương mại công nghiệp lắp đặt. Mục tiêu của EU sẽ lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời tới năm 2010 ít ra là 3GW. Cơ quan năng lượng của EU (EPIA) khẳng định, giá trị PMT sẽ giảm xuống dưới 2 EUR/W và trong tương lai sẽ giảm tiếp xuống còn 1EUR/W.

Các nhà khoa học ngành năng lượng đã ước tính rằng đến năm 2050, trên toàn thế giới, năng lượng tái sinh sẽ nhiều hơn năng lượng tiêu thụ hiện nay của con người. Nhu cầu về năng lượng trên thế giới sẽ được đáp ứng thông qua sự kết hợp của các nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời, sức gió và các hình thức sử dụng năng lượng hữu cơ khác. Vì vậy, hiện nay, các nước trên thế giới đang ra sức xây dựng các nhà máy điện năng lượng mặt trời. Bồ Đào Nha vừa mới khai trương nhà máy điện năng lượng mặt trời mạnh nhất thế giới, trải rộng trên diện tích khoảng 150 ha, tại khu vực Alentejo (cách thủ đô Lisbon200km về phía Nam ), khu vực nắng nóng nhất châu Âu. Nhà máy này được xây dựng với mục đích giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng nước ngoài, giảm lượng khí thải nhà kính và giải quyết việc làm cho người dân địa phương. Theo dự tính, mỗi năm, nhà máy này sẽ cung cấp đủ điện cho khoảng 8000 hộ dân, đồng thời giảm được khoảng 30.000 tấn khí nhà kính so với cùng lượng điện năng sản xuất bằng khí đốt. Tại Nhật Bản, với nguồn tài nguyên dầu mỏ hạn hẹp, công tác nghiên cứu và bảo tồn nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ rất được chú trọng. Chính phủ nước này đã trợ cấp để khuyến khích việc áp dụng các công cụ năng lượng mặt trời và hiện nay đất nước này đã chiếm vị trí đứng đầu trong việc doanh thu năng lượng mặt trời. Theo dự kiến MITI (Bộ công nghiệp và thương mại Nhật Bản) thì đến năm 2010 sẽ lắp đặt tới 4,82GW từ PMT với tiêu chí sẽ tự cung cấp đủ năng lượng đến năm 2030 sẽ tăng lên 82,2GW. Giá PMT 3kW giảm xuống từ 2,5 USD/W xuống còn 1,7 USD/W. Tại Đức, Chính phủ nước này đã dự tính rằng đến năm 2050, việc cung cấp năng lượng cho tòan nước Đức sẽ là năng lượng tái sinh.

Như vậy, năng lượng mặt trời đã và đang trở thành xu hướng tất yếu của thế giới. Để ngành công nghiệp năng lượng này có thể phát triển ở Việt Nam , cần có những đầu tư và hỗ trợ hợp lý trong công tác nghiên cứu và chuyển giao công nghệ vào thực tiễn cuộc sống. Phát triển ngành công nghiệp năng lượng mặt trời góp phần giải quyết tình trạng thiếu điện ở nước ta và góp phần bảo vệ môi trường sống.